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固体废物焚烧飞灰水泥窑协同处置技术研究

作　者: 郑元格
导　师: 沈东升
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: 焚烧飞灰水洗水泥窑协同处置生物毒性蛋白核小球藻
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以取自浙江省的6个典型固体废物焚烧厂的飞灰为研究对象,调查研究了生活垃圾、医疗废物和工业危险废物等焚烧废物类型,循环流化床、炉排炉、热解焚烧和回转窑等焚烧工艺对焚烧飞灰特性的影响；研究测定飞灰的主要组成成分、微量重金属元素以及二嗯英类物质含量,调查了飞灰的重金属浸出特征,系统分析了浙江省各类飞灰的污染特性；然后选取具有代表性的固体废物焚烧飞灰,进行水洗预处理-水泥窑协同处置试验,从有害成分去除、掺入比与水泥产品质量的评价等方面考察了该处理工艺的可行性；并通过化学与生物相结合的毒性测试手段,系统分析了整个处理过程各阶段样品的毒性变化,综合判定研究工艺的无害化效果,评估水泥窑协同处置的适用性,力求找出一条不会对水泥生产运行造成不利影响、产品质量可靠、无环境风险的处理工艺路线,以期开发出可投入大规模工程应用的焚烧飞灰水泥窑协同处置技术。论文的主要研究成果如下：(1)浙江省固体废物焚烧飞灰特性浙江省焚烧飞灰的主要组成元素有Si、Ca、Al、Fe、K、Na、Cl等,其中Ca含量的高低主要取决于烟气净化系统中的石灰喷入量,而飞灰中其他元素含量主要由焚烧废物的成分决定。浙江省焚烧飞灰中含有大量的重金属元素,受焚烧废物成分以及焚烧工艺过程影响,6类飞灰的重金属分布存在很大差异。受试飞灰均不具有腐蚀毒性,国标硫酸硝酸法较TCLP浸出程序对浙江省焚烧飞灰中的重金属浸出率更低,飞灰的浸出毒性与重金属的原始质量分数、浸出液pH及重金属存在方式密切相关。浙江省焚烧飞灰中二噁英类异构体具有大体相似的分布特征,对飞灰中二噁英毒性当量浓度贡献率最大的是2,3,4,7,8-PeCDF,受试飞灰之间的二噁英含量、毒性当量差异可达3-4个数量级。总体而言,浙江省焚烧飞灰对环境的潜在风险很大,且非同类飞灰间性质差异巨大,这对焚烧飞灰的污染控制管理提出了更高的要求。由于受试飞灰的特性差异,其中生活垃圾焚烧飞灰HZ与WZ须经水洗预处理后再入窑处置,工业废物焚烧飞灰中NB飞灰可以直接入窑处置,LS飞灰不适于水泥窑协同处置,而接收焚烧医疗废物的TZ和HUZ飞灰适于采用低掺量直接入窑处置。(2)固体废物焚烧飞灰水泥窑协同处置研究通过水洗预处理可有效稳定地去除飞灰中的氯离子等影响水泥生产的有害物质,水洗预处理对氯离子的洗脱率可达90%以上,HZ飞灰与WZ飞灰的氯离子含量分别可降至0.29%与0.41%,使其在水泥生料中最高掺量分别提高了10倍与20倍。当HZ飞灰、WZ飞灰、NB飞灰的掺入量分别为5.01%、7.12%与2.83%时,制取的水泥样品与对照样品在成分上无显著差异(p>0.05),质量指标可达到优质水平。浸出毒性测试结果表明,掺入飞灰制得的水泥产品已无浸出毒性,大部分重金属的浸出浓度与对照样品无显著差别,但须注意的是飞灰的掺入与水泥的碱性易导致Cr的溶出增加。(3)水洗-水泥窑处理过程飞灰的生物毒性变化未经处理的飞灰具有明显的生物毒性,6种受试飞灰按生物毒性从高到低为WZ>LS>HUZ>NB>HZ>TZ.HZ、WZ以及NB飞灰的TCLP浸出液对小球藻的抑制程度要远远高于硫酸硝酸法浸出液；但TZ飞灰、HUZ飞灰以及LS飞灰的硫酸硝酸法浸出液毒性略高,说明焚烧飞灰处于不同环境条件时,对其毒性分析需要采用相对应的测试手段。随着处理程度的不断深入,样品的ECso逐渐上升,生物毒性也逐步降低。水洗灰浸提液对藻生长的抑制趋势均类似其原灰浸提液,但抑制程度显著减弱,说明浸提液中盐度降低可使其对藻生长的抑制作用大大降低；而掺灰样品水泥阶段与固化阶段的浸提液虽然仍对藻细胞结构有一定影响,但与不掺灰的对照样品对藻的生长抑制作用无显著差异,说明其在生物毒性上与普通水泥无异,可满足综合回用的要求。综合生物毒性的试验结果表明,除重金属与二噁英类有机污染物外,pH与盐度对飞灰的毒性也有较大贡献。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-22
  1.1 焚烧飞灰处置技术分析  11-16
    1.1.1 安全填埋  11-12
    1.1.2 固化/稳定化  12-14
    1.1.3 有色金属提取  14
    1.1.4 水泥窑协同处置  14-16
  1.2 几种飞灰处理技术的评价与比较  16
  1.3 焚烧飞灰水泥窑协同处置技术发展现状  16-21
  1.4 本研究的目的、意义和内容  21-22
2 浙江省固体废物焚烧飞灰特性研究  22-34
  2.1 前言  22
  2.2 材料与方法  22-24
    2.2.1 飞灰样品采集  22-23
    2.2.2 pH值及主要成分分析  23
    2.2.3 重金属含量分析及浸出毒性测试  23-24
    2.2.4 二噁英类物质分析  24
  2.3 结果与讨论  24-33
    2.3.1 焚烧飞灰的主要成分及差异性分析  24-25
    2.3.2 焚烧飞灰的重金属含量及影响因素分析  25-27
    2.3.3 焚烧飞灰的浸出毒性及成因分析  27-28
    2.3.4 焚烧飞灰中二噁英类化合物分布及影响因素分析  28-30
    2.3.5 讨论  30-33
  2.4 小结  33-34
3 固体废物焚烧飞灰水泥窑协同处置研究  34-48
  3.1 前言  34
  3.2 材料与方法  34-35
    3.2.1 试验材料  34
    3.2.2 水洗试验  34-35
    3.2.3 生料配料设计  35
    3.2.4 水泥样品制取  35
    3.2.5 分析方法  35
  3.3 结果与讨论  35-47
    3.3.1 飞灰与水泥原材料的化学成分组成  35-37
    3.3.2 水洗工艺与结果分析  37-40
    3.3.3 生料配料设计  40-42
    3.3.4 水泥化学成分与矿物组成  42
    3.3.5 水泥质量检测  42-44
    3.3.6 环境风险评估  44-47
  3.4 小结  47-48
4 水洗-水泥窑处理过程飞灰的生物毒性变化  48-67
  4.1 前言  48
  4.2 材料与方法  48-50
    4.2.1 浸出液的制备  48-49
    4.2.2 藻种的培养  49
    4.2.3 生长抑制试验  49-50
    4.2.4 超微结构观察  50
    4.2.5 数据统计分析  50
  4.3 结果与讨论  50-65
    4.3.1 小球藻的生长抑制效应  50-62
    4.3.2 细胞超微结构变化  62-65
  4.4 小结  65-67
5 结论与展望  67-69
  5.1 研究结论  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-76
攻读硕士学位期间研究成果  76

固体废物焚烧飞灰水泥窑协同处置技术研究

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